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      4. 激光回路在一定距離上耦合量子系統

        作者:光行天下小萌新譯 來源:物理學家組織網 時間:2020-05-08 22:55 閱讀:172 [投稿]
        研究人員首次成功在長距離上建立了量子系統之間的強耦合。他們通過一種新穎的方法實現了這一目標,在該方法中,激光回路連接了系統,從而實現了幾乎無損的信息交換以及它們之間的強大相互作用。

        研究人員首次成功在長距離上建立了量子系統之間的強耦合。他們通過一種新穎的方法實現了這一目標,在該方法中,激光回路連接了系統,從而實現了幾乎無損的信息交換以及它們之間的強大相互作用。巴塞爾大學和漢諾威大學的物理學家在《Science》雜志上報告說,這種新方法為量子網絡和量子傳感器技術開辟了新的可能性。 

        量子技術是目前世界上最活躍的研究領域之一。它利用原子,光或納米結構的量子力學狀態的特殊性質來開發例如用于醫學和導航的新型傳感器、用于信息處理的網絡以及用于材料科學的強大模擬器。產生這些量子態通常需要所涉及的系統之間的強大相互作用,例如幾個原子或納米結構之間的相互作用。 

        但是,到目前為止,足夠強的交互作用僅限于短距離。通常,兩個系統必須在低溫下或在同一真空室中彼此靠近放置在同一芯片上,在這兩個系統中它們通過靜電力或靜磁力相互作用。但是,對于許多應用(例如量子網絡或某些類型的傳感器),需要將它們跨較大的距離進行耦合。 

        由巴塞爾大學物理系的Philipp Treutlein教授領導的一組物理學家,首次在室溫環境下成功地在兩個距離較遠的系統之間建立了強耦合。在他們的實驗中,研究人員使用激光將100納米薄膜的振動與原子自旋的運動耦合在一米的距離上。結果,膜的每次振動都會使原子自旋,而反之亦然。

        光環起著機械彈簧的作用

        實驗基于研究人員與漢諾威大學的理論物理學家Klemens Hammerer教授共同開發的概念。它涉及在系統之間來回發送激光束!肮獾男袨榫拖袷窃谠雍湍ぶg伸展的機械彈簧,并在兩者之間傳遞力! Thomas Karg博士解釋說,他在巴塞爾大學的博士論文中進行了該實驗。在此激光回路中,可以控制光的屬性,使有關這兩個系統的運動信息不會丟失到環境中,從而確保不干擾量子力學相互作用。


         

        激光回路將納米機械膜的振動與原子云的自旋連接起來。圖片來源:巴塞爾大學物理系

        現在,研究人員首次成功實現了這一概念,并將其用于一系列實驗中。Treutlein解釋說:“ 量子系統與光的耦合非常靈活且用途廣泛。我們可以控制系統之間的激光束,這使我們能夠生成對量子傳感器有用的不同類型的相互作用!

        量子技術的新工具

        除了將原子與納米機械膜耦合之外,新方法還可以用于其他幾種系統中。例如,當耦合用于量子計算研究中的超導量子位或固態自旋系統時。光介導耦合的新技術可用于互連此類系統,從而創建用于信息處理和模擬的量子網絡。Treutlein堅信:“對于我們的量子技術工具箱,這是一種新的、非常有用的工具!

        原文鏈接:https://phys.org/news/2020-05-laser-loop-couples-quantum-distance.html

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